Зачем матричным РНК хвосты?

У высших животных синтез белков в зародыше начинается сразу после оплодотворения благодаря матричной РНК, заранее запасённой в яйцеклетке. Но потом эмбрион включает собственную транскрипцию и начинает сам синтезировать мРНК; этот период называется MZT (maternal-to-zygotic transition).

Однако одним лишь включением транскрипции дело тут не ограничивается, так как одновременно происходят крупные перемены в регуляции активности самой мРНК в зародыше. Как известно, у большинства мРНК эукариот на одном из концов висит длинная полиадениновая последовательность, или поли(А)-хвост. Рибосомы движутся к поли(А)хвосту с противоположного конца молекулы, но хвост при этом сильно влияет на трансляцию. Считается, что количество белка, синтезируемое на мРНК, прямо пропорционально длине поли(А)-хвоста. При этом мРНК одинакового типа обычно несут приблизительно равные хвосты. Например, у мРНК рибосомных белков эта концевая последовательность относительно короткая.

Исследования на эмбрионах, находящихся на ранних этапах развития, подтверждали связь между длиной хвоста мРНК и активностью трансляции на ней. Однако теперь у учёных дошли руки проверить это на стадиях, наступающих после включения собственных генов зародыша, а также в клетках взрослого организма.

Дэвид Бартел (David Bartel) и его сотрудники из Института Уайтхеда (США) сумели измерить длину поли(А)-хвостов у индивидуальных мРНК дрожжей, зародышей лягушки и рыбы данио-рерио, клеток листьев Arabidopsis thaliana, печени мыши и ряда клеточных линий. Длину мРНК сравнили с тем, как часто эти мРНК вовлекаются в трансляцию.

И оказалось, что после включения собственных генов зародыша, на стадии гаструляции связь между длиной поли(А)-хвоста и эффективностью трансляции мРНК слабеет, а в неэмбриональных клетках её вообще нет. Этот результат оказался настолько неожиданным, что потянул на статью в Nature. Получается, что вскоре после оплодотворения у клетки в корне меняются взгляды на регуляцию трансляции — по крайней мере в том, что касается поли(А)-последовательности. Опять же, поскольку эта последовательность есть у большинства мРНК у всех эукариот, речь тут идёт о каких-то базовых переменах в регуляции синтеза белка.

Косвенным образом это подтверждают и исследования эффекта микрорегуляторных РНК. Эти небольшие молекулы подавляют синтез белка, связываясь с матричной РНК. Механизм при этом оказывается разным: либо мРНК просто замолкает, либо микроРНК может её дестабилизировать. Оказалось, что на ранних стадиях развития зародыша микроРНК заставляют замолчать мРНК, укорачивая у неё поли(А)-хвост. А вот дестабилизация мРНК происходит на более поздних этапах развития. Что опять-таки указывает на разную роль поли(А)-последовательности в разные периоды развития.

Правда, теперь предстоит решить несколько важных вопросов, начиная с расшифровки механизма переключения между разными системами контроля активности мРНК и заканчивая выяснением того, зачем всё же у мРНК зрелых клеток есть поли(А)-хвосты разной длины.

Подготовлено по материалам Института Уайтхеда. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.